专利名称：环缝谐振式气流超声雾化喷嘴的制作方法
技术领域：
该装置属于气流超声雾化喷嘴技术领域，特别是提供了一种环缝谐振式气流超声雾化喷嘴。
气流超声雾化喷嘴是90年代美国麻省理工学院(MAT)的 Grant教授发明的(USGA型)环孔气流超声雾化喷嘴。广泛应用在制取各种金属，合金粉末及金属合金的喷射成形高新技术中。
雾化喷嘴的设计与制造技术，是雾化和喷射成形技术中的关键技术。1990年以前世界各国所用喷嘴的喷气速度，最高只能达到1马赫数。美国USGA型喷嘴的喷气速度高达2.5～3马赫数。这种喷嘴在高压下用来雾化合金粉末时，粉碎效率高达95～98％。其原理是根据Hatman喷管谐振原理，使气流产生谐振並加速，但是USGA型喷嘴，在设计上是采用环孔型结构，见附图7。附图8。所有出气孔沿一定空间角，排列成一个圆环。由于出气孔很小，而且小孔必须按一定角度严格垂直並交叉贯穿。加工精度要求很高。故这种喷嘴在加工制造上难度很大。目前只有美国可以加工，但加工成品率只有30％，因此这种喷嘴难以推广应用。
本发明的目的在于设计、制造一种易于加工的环缝结构的气流超声雾化喷嘴。
本发明的构成为1.用圆形回旋体喷嘴座〔3〕，通过螺纹或焊接与圆形回旋体喷嘴芯〔4〕联接。环缝状Hatman谐振腔〔9〕是在喷嘴芯〔4〕的顶端，用机加工方法制成。下部十字形环缝状气体通道，由喷嘴座〔3〕喷嘴芯〔4〕组合而成。其一路与集气室Ve沟通，形成进气通道。另一路与大气沟通，形成环缝状喷气孔〔10〕。喷气锥角α可通过谐振腔〔9〕的加工角度来改变。气源供应由进气孔〔2〕进入集气室Ve。
2。喷嘴内部腔体的几何关系应满足下列关系式Ve／Vd≥60～100L／d＝2.5～33。金属液流〔6〕采用限制式输送。输送管〔5〕伸出长度h与气锥焦点F应满足下式h＝(0.31～0.32)F4。金属液输送管〔5〕采用耐高温陶瓷材料，並通过耐高温粘结剂〔8〕与喷嘴芯〔4〕的内孔和金属液容器〔7〕的底部粘结。金属液容器外部需有加热炉〔1〕。
当使用(2～6)MPa压力气体时，最高喷气速度可达2.5～3马赫数。
本发明的优点在于1。本发明的CHGA型喷嘴，结构简单，不需特殊加工设备，加工成品率100％，加工费用只相当于美国USGA型的1／18～1／20。
2。本发明喷嘴喷出的气锥是封闭锥体，在气锥焦点以内，有一个稳定的正压区和一个稳定的负压区，见图4中R区，而美国USGA喷嘴，在焦点以内，存在有两个不稳定的负压区，见图5R区，因此本发明的喷嘴，喷射性能稳定，不易出现反喷现象。
3。本发明喷嘴的喷粉实收率很高，例如在雾化Al＋10％Cu合金粉时，采用氮气，喷气压力为2MPa，喷嘴α角为45°。实收率(－320目以下)高达98％。合金粉冷速高达104.3～105.2度／秒。颗粒形状为球形。又如在雾化高速钢(Wl8Cr4V)粉时，采用α角为45°的喷嘴，氮气喷气压力为1MPa时－80目粉的实收率可达96％(见附表)。粉末颗粒为球形。冷速达104～104.6度／秒。合金颗粒内莱氏体消失、碳化物晶粒平均只有0.5～1.8μm，特别是CHGA型喷嘴制得粉的粒度很细见图6。
在使用本发明喷嘴对高速钢喷射成形时，采用α角为24°或30°的喷嘴。喷射气体为氮气，压力为0.8～1.5MPa。沉积合金的组织结构与铸态合金完全不同，彻底消除了“鱼骨状”的莱氏体组织，碳化物晶粒很细小(只有1～3μm)。沉积合金的抗弯强度比铸锻合金提高8～13％。硬度提高2～3％，延伸率提高8％。用本喷嘴喷射成形的Rine－95高温合金坯料，可用超塑性锻造或热等静压工艺，制造飞机发动机用高温合金蜗轮盘。
本发明喷嘴同时适用于重油燃烧喷嘴，它可以使空气和重油得到最大效率的混合，重油液滴非常细小，燃烧效率高。
同样也适用于制造汽油机、柴油机的雾化喷嘴。可明显提高燃烧效率，达到节油的目的。
本发明的喷嘴也适用于喷雾干燥工艺，例如，食用奶粉的雾化干燥制粉，可提高雾化干燥效率。
本发明的喷嘴同样也适用于金属火焰喷涂技术，通过提高喷气速度，可提高金属涂层与基体的结合力。
下面列表将本发明(表中称为CHGA)与美国喷嘴USGA的主要性能作一对比。表中为两种喷嘴不同气压，相同熔化条件下高速钢粉(－80目)的实收率。
以下结合附图对本发明进一步说明
图1是本发明的CHGA型环缝式气体超声雾化喷嘴纵断面图。是由圆形回旋体喷嘴座〔3〕、圆形回旋体喷嘴芯〔4〕组合而成。谐振腔〔9〕在〔4〕件上加工制成。下部十字形环缝状气体通道，由〔3〕〔4〕组合而成。其一路与集气室Ve沟通，形成进气通道，另一路与大气沟通形成喷气孔〔10〕，气源由进气孔〔2〕进入体积为Ve的集气室，经谐振腔〔9〕谐振后，由环缝状体积为Vd的喷气孔〔10〕喷出，以获得超声速气流。
图2为CHGA型环缝喷嘴的底视图，〔2〕为进气孔，〔10〕为环缝状喷气孔，Ve为集气室体积。
图3为CHGA环缝喷嘴的出气环缝长度L，环缝宽度d，输送管伸出长度h与气锥焦点F的关系图。
图4是CHGA型环缝喷嘴的负压特性曲线〔11〕〔12〕〔13〕分别为气源压力0.5MPa、1MPa、2MPa时负压曲线。－△P，＋△P表示负压或正压数值，F为气锥焦点，R为负压区域，O1为临介点。
图5是USGA型环孔喷嘴的负压特性曲线，〔14〕，〔15〕，〔16〕，分别为气源压力0.5MPa、1MPa、2MPa时负压特性曲线。F为气锥焦点。R为负压区域。O2、O3、O4为临介点。
图6为CHGA型和USGA型两种喷嘴粉碎效率比较。〔17〕，〔18〕、〔19〕，分别为氮气压力0.6MPa、0.8MPa、1MPa时USGA型喷嘴雾化高速钢粉的粒度分布曲线。y座标为各种粒度的重量百分比数值。x座标为粒度分级。〔20〕、〔21〕、〔22〕分别为氮气压力0.6MPa、0.8MPa、1MPa时CHGA型喷嘴雾化高速钢粉的粒度组成曲线。
图7是美国USGA环孔型气体超声雾化喷嘴纵断面图。Hatman谐振腔〔24〕是由很多十字交叉互不连通的平底小孔组成。其一端与集气室e连通。另一端与大气连通。所有出气孔〔25〕在空间按一定的角度α排列。气源由单孔〔23〕进入集气室e。
图8是美国USGA型环孔喷嘴的底视图。所有出气孔〔25〕，排列成一个圆环状。
权利要求1.一种环缝谐振式气流超声雾化喷嘴，其特征在于用圆形回旋体喷嘴座[3]，通过螺纹或焊接与圆形回旋体嘴芯[4]联接，谐振腔[9]在喷嘴芯[4]的顶端，下部十字形环缝状气体通道由喷嘴座[3]、喷嘴芯[4]组合而成，其一路与集气室Ve沟通，形成进气通道，另一路与大气沟通，形成环缝状喷气孔[10]，喷气锥角α可通过谐振腔[9]的加工角度来改变，金属液流[6]采用下限式输送金属液输送管[5]通过耐高温粘结剂[8]与喷嘴芯[4]的内孔和金属液容器[7]的底部粘结，金属液容器外部需有加热炉[1]。
2.根据权利要求1所述的环缝谐振式气流超声雾化喷嘴，其特征在于喷嘴腔内部的几何关系应满足Ve／Vd≥60～100，L／d＝2.5～3关系式，输送管〔5〕伸出长度h与气锥焦点F应满足h＝(0.31～0.32)F的关系式。
专利摘要本实用新型提供了一种环缝式气流超声雾化喷嘴，其特征在于用圆形回旋体喷嘴座(3)，通过螺纹或焊接与圆形回旋体嘴芯(4)联接，谐振腔(9)在喷嘴芯(4)的顶端，下部十字形环缝状气体通道由喷嘴座(3)，喷嘴芯(4)组合而成，其一路与集气室Ve沟通，形成进气通道，一路与大气沟通，形成环缝状喷气孔(10)，喷气锥角α可通过谐振腔(9)的加工来调整，金属液流(6)采用了限式输送。本实用新型的优点在于易于加工，成本低。
文档编号B22F9/08GK2202601SQ9424733
公开日1995年7月5日 申请日期1994年12月13日 优先权日1994年12月13日
发明者吴成义, 张丽英 申请人:北京科技大学